Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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L' objet d'étude de cette thèse est l' origami d' ADN. Le nombre important d'applications utilisant cette technique, et leurs diversités, sont des preuves que ces structures présentées en 2007 sont une avancée importante pour la technologie ADN. Dans cette thèse nous présentons dans un premier temps les résultats de simulations sur les propriétés mécaniques de ces nouvelles structures. Les résultats d'expériences et de simulations sur le processus de formations pour de petites structures d'ADN et sur des origamis d'ADN sont présentés dans une deuxième partie. Finalement une application de ces structures à la détection SERS est proposée, et les résultats expérimentaux concernant la réalisation de cette structure sont discutés. / DNA origami are new nanostructures (2006) whose physical properties are still to be understood. In this work we were first interested in their mechanical properties. The first approach of this study was through the use of polymer physics, as it is the classical way to study DNA. We then used computer simulations to model the system in a more detailed manner and to extract general rules on the mechanical behaviour of DNA constructs. The other aspect that we studied is the process of formation of DNA origamis. We first realised an experimental study of the process of formation of the simplest origami that we could envision. This study was intended to investigate basic principles on the process of formation of DNA structures. A coarse grain model is then developed to have a first insight onto the formation process. Then an experimental study on large origamis follows with a modeling of the annealing and melting curves based on the principles determined from the study of the simplest origami. We also worked on the development of a SERS platform.

La biodégradation du bois est étudiée pour comprendre et quantifier l’endommagement mécanique résultant. Il apparaît que le bois, et notamment le pin maritime, est sensible à une attaque fongique, faisant baisser sa résistance (en compression ou en fissuration) avant même la constatation d’une perte de masse. Cette observation oblige à développer des outils de détection précoce, comme la relaxométrie RMN, pour détecter l’apparition d’un pathogène sur des structures bois de plus en plus encouragées. Par ailleurs, l’emploi de composites à base de bois s’avère justifié pour rendre durable le matériau, et présente un avantage écologique, grâce au recyclage des éléments comme le plastique. Cet argument « vert » est d’une importance grandissante et requiert le développement de nouveaux procédés de préservation du bois. Ainsi, cette thèse étudie aussi le comportement à plus ou moins long terme des bois imprégnés d’anhydrides et d’huile d’origine végétale, ou encore du bois traité thermiquement. Des domaines autres que la mécanique sont abordés, afin d’expliquer l’ensemble des phénomènes intervenant durant une dégradation et comprendre les axes d’amélioration dans cette discipline « vivante ». / Wood biodegradation is studied in order to understand and quantify the mechanical damage. Wood, and especially maritime pine, is sensitive to a fungal attack that causes a decrease of its strength (compression or fracture resistance), before a weight loss occurs. This requires developing or ameliorating the tools of early detection, such as NMR relaxometry, in order to detect the appearance of a pathogen in wooden structures that are more and more appreciated. Besides, wooden composites are a good alternative to make the material more durable, and are ecologically interesting, as they permit to recycle some element, like plastics. This “green” effect is of main importance, which implies a development of new ways in wood preservation. This thesis, led in a short as well as in a long term scale, also studies the behaviour of wood, impregnated with anhydrides or oils from a vegetal origin, or even heat-treated wood. Not only mechanics is described, so that many phenomena are explained and perspectives are clarified.

La caractérisation du ressenti global du bruit intérieur d’habitacle passe par la définition des conditions conduisant à l’audibilité de ces composantes fréquentielles, émergeant du bruit de fond. Mon travail de thèse s’est attaché à décomposer les situations de masquage pouvant apparaître au sein d’automobile ou de train, en complexifiant progressivement les stimuli au cours des mesures de masquage, en laboratoire. Un certain nombre de choix méthodologiques ont dû être effectués, limitant l’étude aux sons stationnaires, sans modulation d’amplitude, sans déphasage entre les oreilles.Nous nous sommes confrontés tout d’abord à la question du mode de reproduction. Nous avons souligné les difficultés rencontrées lors de la mesure de l’étalonnage des casques d’écoute. Nous avons validé l’écoute au casque étalonné au tympan, en comparant les mesures de seuils masqués de sons purs dans un bruit large bande, à une écoute en chambre sourde, face à une enceinte monophonique.Ensuite, nous avons complexifié le contenu spectral du masque en présentant des bruits comportant des tonalités marquées. Plusieurs modèles perceptifs ont été testés de façon à prédire l’élévation des seuils mesurés.Enfin, nous avons étudié l’amélioration à la détection d’un signal multifréquentiel et développé un modèle, issu de la théorie de la détection du signal, applicable aux signaux présentant des différences en niveau entre les composantes. L’influence du bruit masquant a également été révélé par la mesure de seuils de signaux multifréquentiels dans un bruit d’habitacle automobile. Un unique modèle de détection de signaux émergents, applicable aux signaux stationnaires, a été proposé. Ces travaux ouvrent de nombreuses perspectives, comme la poursuite du travail sur les émergences multifréquentielles, la prise en compte de la relation de phase entre les oreilles, l'étude des sons non stationnaires ou les phénomènes attentionels. / Emergences like tonal components take part in automobile and railroad acoustic comfort. These signals are totally or partially masked by the background noise, of automobile or train coaches. Determining the audibility of spectrally complex signals in a complex broadband noise masker, with tonalities or not, is yet an unanswered question and an industry expectation to characterize the overall sound quality of train/car cabins. The purpose of my PhD thesis was to measure detection thresholds for tones or complex tones, masked by a broadband noise, with pronounced tonal components or not. Several choices must have been performed, restricting study to stationary sounds, without modulation of amplitude, without inter-aural phase differences.First, different methods of sound reproduction are compared measuring detection thresholds. We underlined difficulties met during the measure of the calibration of headphones We validated the eardrum calibration, by comparing detection thresholds of pure sounds in a broad band noise, in a anechoic room, in front of a monophonic loudspeaker.Then, the masking thresholds of pure tones in the presence of maskers with pronounced tonal components are measured. Several perceptual models were tested in order to predict the elevation of the measured thresholds.Finally, we studied the improvement in detection of a multitone complex and developed a model to predict masking thresholds, based on the statistical summation model, applicable to multicomponent signals with differences in level between components. The influence of tonalities have been revealed with the car cabin noise.A threshold model, applicable to the stationary sounds, is proposed. Several perspectives are discussed, from time-variant signals to inter-aural differences or attention phenomena for example.

La programmation orientée aspects (POA) sépare les différentes préoccupations composant un système informatique pour améliorer la modularité. La POA offre de nombreux bénéfices puisqu'elle permet de séparer le code fonctionnel du code non-fonctionnel améliorant ainsi leur réutilisation et la configurabilitè des systèmes informatiques. La configurabilité est un élément essentiel pour assurer la résilience des systèmes informatiques, puisqu’elle permet de modifier les mécanismes de sûreté de fonctionnement. Cependant le paradigme de programmation orientée aspect introduit de nouveaux défis pour le test. Dans les systèmes de grande taille où plusieurs préoccupations non fonctionnelles cohabitent, une implémentation à l'aide d'aspects de ces préoccupations peut être problématique. Partageant le même flot de données et le même flot de contrôle les aspects implémentant les différentes préoccupations peuvent écrire dans des variables lues par d'autres aspects ou interrompre le flot de contrôle commun aux différents aspects empêchant ainsi l'exécution de certains d'entre eux. Dans cette thèse nous nous intéressons plus spécifiquement aux interférences entre aspects dans le cadre du développement de mécanismes de tolérance aux fautes implémentés sous forme d’aspects. Ces interférences sont dues à une absence de déclaration de précédence entre les aspects ou à une déclaration de précédence erronée. Afin de mieux maîtriser l’assemblage des différents aspects composant un mécanisme de tolérance aux fautes, nous avons développé une méthode alliant l'évitement à la détection des interférences au niveau du code. Le but de l'évitement est d'empêcher l'introduction d'interférences en imposant une déclaration de précédence entre les aspects lors de l'intégration des aspects. La détection permet d'exhiber lors du test les erreurs introduites dans la déclaration des précédences. Ces deux facettes de notre approche sont réalisées grâce à l’utilisation d’une extension d'AspectJ appelée AIRIA. Les constructions d'AIRIA permettent l’instrumentation et donc la détection des interférences entre aspects, avec des facilités de compilation permettant de mettre en œuvre l’évitement d’interférences. Notre approche est outillée et vise à limiter le temps de déboguage : le testeur peut se concentrer directement sur les points où une interférence se produit. Nous illustrons notre approche sur une étude de cas: un protocole de réplication duplex. Dans ce contexte le protocole est implémenté en utilisant des aspects à grain fin permettant ainsi une meilleure configurabilité de la politique de réplication. Nous montrons que l'assemblage de ces aspects à grain fin donne lieu à des interférences de flot de données et flot de contrôle qui sont détectées par notre approche d'instrumentation. Nous définissons un ensemble d'aspects interférant pour l'exemple, et nous montrons comment notre approche permet la détection d'interférences. / Aspect-oriented programming (AOP) separates the different concerns of a computer software system to improve modularity. AOP offers many benefits since it allows separating the functional code from the non-functional code, thus improving reuse and configurability of computer systems. Configurability is essential to ensure the resilience of computer systems, since it allows modifying the dependability mechanisms. However, the paradigm of aspectoriented programming introduces new challenges regarding testing. In large systems where multiple non-functional concerns coexist, an AOP implementation of these concerns can be problematic. Sharing the same data flow and the same control flow, aspects implementing different concerns can write into variables read by other aspects, or interrupt the control flow involving various aspects, and thus preventing the execution of some aspects in the chain. In this work we focus more specifically on interference between aspects implementing fault tolerance mechanisms. This interference is due to a lack of declaration of fine-grain precedence between aspects or an incorrect precedence declaration. To better control the assembly of the various aspects composing fault tolerance mechanisms, we have developed a method combining avoidance of interferences with runtime detection interferences at code level. The purpose of avoidance is to prevent the introduction of interference by requiring a statement of precedence between aspects during the aspects integration. Detection allows exhibiting during the test, errors introduced in the precedence statement. These two aspects of our approach are performed through the use of an extension called AspectJ AIRIA. AIRIA ‘s constructs allow instrumentation and therefore the detection of interference between aspects, with facilities compilation to implement the interference avoidance. Our approach is designed and equipped to limit the debugging time : the tester can focus directly on the points where an interference occurs. Finaly, we illustrate our approach on a case study : a duplex replication protocol. In this context, the protocol is implemented using fine grained aspects allowing a better configurability of the replication policy.We show that the assembly of these fine-grained aspects gives rise to interference data flow and control flow that are detected by our instrumentation approach. We define a set of interfering aspects in this example, and show how our approach allows the detection of interferences.

Dans les systèmes d'informations, les outils de détection produisent en continu un grand nombre d'alertes.Des outils de corrélation permettent de réduire le nombre d'alertes et de synthétiser au sein de méta-alertes les informations importantes pour les administrateurs.Cependant, la complexité des règles de corrélation rend difficile leur écriture et leur maintenance.Cette thèse propose par conséquent une méthode pour générer des règles de corrélation de manière semi-automatique à partir d’un scénario d’attaque exprimé dans un langage de niveau d'abstraction élevé.La méthode repose sur la construction et l'utilisation d’une base de connaissances contenant une modélisation des éléments essentiels du système d’information (par exemple les nœuds et le déploiement des outils de détection). Le procédé de génération des règles de corrélation est composé de différentes étapes qui permettent de transformer progressivement un arbre d'attaque en règles de corrélation.Nous avons évalué ce travail en deux temps. D'une part, nous avons déroulé la méthode dans le cadre d'un cas d'utilisation mettant en jeu un réseau représentatif d'un système d'une petite entreprise.D'autre part, nous avons mesuré l'influence de fautes touchant la base de connaissances sur les règles de corrélation générées et sur la qualité de la détection. / Information systems produce continuously a large amount of messages and alerts. In order to manage this amount of data, correlation system are introduced to reduce the alerts number and produce high-level meta-alerts with relevant information for the administrators. However, it is usually difficult to write complete and correct correlation rules and to maintain them. This thesis describes a method to create correlation rules from an attack scenario specified in a high-level language. This method relies on a specific knowledge base that includes relevant information on the system such as nodes or the deployment of sensor. This process is composed of different steps that iteratively transform an attack tree into a correlation rule. The assessment of this work is divided in two aspects. First, we apply the method int the context of a use-case involving a small business system. The second aspect covers the influence of a faulty knowledge base on the generated rules and on the detection.

Si les drones militaires connaissent un développement important depuis une quinzaine d’année, suivi depuis quelques années par les drones civiles dont les usages ne font que se multiplier, en réalité les drones ont un siècle avec le premier vol d’un avion équipé d’un système de pilotage automatique sur une centaine de kilomètre en 1918. La question des règles d’usage des drones civiles sont en cours de développement malgré leur multiplication pour des usages allant de l’agriculture, à l’observation en passant par la livraison de colis. Ainsi, leur intégration dans l’espace aérien reste un enjeu important, ainsi que les standards de communication avec ces drones dans laquelle s’inscrit cette thèse. Cette thèse vise en effet à étudier et proposer des solutions pour les liens de communications des drones par satellite.L’intégration de ce lien de communication permet d’assurer la fiabilité des communications et particulièrement du lien de Commande et Contrôle partout dans le monde, en s’affranchissant des contraintes d’un réseau terrestre (comme les zones blanches). En raison de la rareté des ressources fréquentielles déjà allouées pour les futurs systèmes intégrant des drones, l’efficacité spectrale devient un paramètre important pour leur déploiement à grande échelle et le contexte spatiale demande l’utilisation d’un système de communication robuste aux non-linéarités. Les Modulations à Phase Continue permettent de répondre à ces problématiques. Cependant, ces dernières sont des modulations non-linéaire à mémoire entraînant une augmentation de la complexité des récepteurs. Du fait de la présence d’un canal multi-trajet (canal aéronautique par satellite), le principal objectif de cette thèse est de proposer des algorithmes d’égalisation (dans le domaine fréquentiel pour réduire leur complexité) et de synchronisation pour CPM adaptés à ce concept tout en essayant de proposer une complexité calculatoire raisonnable. Dans un premier temps, nous avons considéré uniquement des canaux sélectifs en fréquence et avons étudier les différents égaliseurs de la littérature. En étudiant leur similitudes et différences, nous avons pu développer un égaliseur dans le domaine fréquentiel qui proposant les mêmes performances a une complexité moindre. Nous proposons également des méthodes d’estimation canal et une méthode d’estimation conjointe du canal et de la fréquence porteuse. Dans un second temps nous avons montré comment étendre ces méthodes à des canaux sélectifs en temps et fréquence permettant ainsi de conserver une complexité calculatoire raisonnable.

La thèse aborde le problème de la détection d’un signal dans une bande de fréquences donnée sans aucune connaissance à priori sur la source (détection aveugle) dans le contexte de la radio intelligente. Le détecteur proposé dans la thèse est basé sur l’estimation des valeurs propres de la matrice de corrélation du signal reçu. A partir de ces valeurs propres, plusieurs critères ont été développés théoriquement (Standard Condition Number, Scaled Largest Eigenvalue, Largest Eigenvalue) en prenant pour hypothèse majeure un nombre fini d’éléments, contrairement aux hypothèses courantes de la théorie des matrices aléatoires qui considère un comportement asymptotique de ces critères. Les paramètres clés des détecteurs ont été formulés mathématiquement (probabilité de fausse alarme, densité de probabilité) et une correspondance avec la densité GEV a été explicitée. Enfin, ce travail a été étendu au cas multi-antennes (MIMO) pour les détecteurs SLE et SCN. / In Cognitive Radio, Spectrum Sensing (SS) is the task of obtaining awareness about the spectrum usage. Mainly it concerns two scenarios of detection: (i) detecting the absence of the Primary User (PU) in a licensed spectrum in order to use it and (ii) detecting the presence of the PU to avoid interference. Several SS techniques were proposed in the literature. Among these, Eigenvalue Based Detector (EBD) has been proposed as a precious totally-blind detector that exploits the spacial diversity, overcome noise uncertainty challenges and performs adequately even in low SNR conditions. The first part of this study concerns the Standard Condition Number (SCN) detector and the Scaled Largest Eigenvalue (SLE) detector. We derived exact expressions for the Probability Density Function (PDF) and the Cumulative Distribution Function (CDF) of the SCN using results from finite Random Matrix Theory; In addition, we derived exact expressions for the moments of the SCN and we proposed a new approximation based on the Generalized Extreme Value (GEV) distribution. Moreover, using results from the asymptotic RMT we further provided a simple forms for the central moments of the SCN and we end up with a simple and accurate expression for the CDF, PDF, Probability of False-Alarm, Probability of Detection, of Miss-Detection and the decision threshold that could be computed and hence provide a dynamic SCN detector that could dynamically change the threshold value depending on target performance and environmental conditions. The second part of this study concerns the massive MIMO technology and how to exploit the large number of antennas for SS and CRs. Two antenna exploitation scenarios are studied: (i) Full antenna exploitation and (ii) Partial antenna exploitation in which we have two options: (i) Fixed use or (ii) Dynamic use of the antennas. We considered the Largest Eigenvalue (LE) detector if noise power is perfectly known and the SCN and SLE detectors when noise uncertainty exists.

Les travaux de cette thèse ont porté sur les micro-bolomètres (détecteurs infrarouges non refroidis) qui fonctionnent selon le principe suivant : le rayonnement infrarouge incident provoque l’échauffement d’une membrane suspendue dont la résistivité électrique dépend de la température. Deux voies ont été explorées pour les améliorer, grâce aux nanotechnologies. D’une part, les propriétés optiques et électroniques (transport et bruit) des films de nanotube de carbone ont été étudiées afin d’évaluer le potentiel de ce nouveau matériau comme thermistor. Pour ce faire des procédés technologiques en salle blanche, des caractérisations et des modèles théoriques ont été mis au point. Après avoir obtenu les figures de mérite adaptées, cette étude a conclu au manque de potentiel de ce matériau pour une application aux micro-bolomètres. D’autre part, nous avons étudié des résonateurs sub-longueur d’onde basés sur des cavités métal-isolant-métal permettant d’obtenir des absorbants totaux, et omnidirectionnels. Un modèle analytique permettant de les décrire et de les concevoir rapidement a été mis au point. La combinaison de ces résonateurs à l’échelle sub-longueur d’onde a permis de mettre en évidence un phénomène de tri de photon et la possibilité de concevoir des absorbants large bande. Nous avons ainsi proposé (et breveté) l’utilisation de ces antennes comme absorbants pour les micro-bolomètres. En effet leur capacité à focaliser le champ dans des volumes sub-longueur d’onde permet d’introduire une rupture conceptuelle pour la conception de bolomètres à hautes performances. / This work was focused on bolometers (uncooled infrared sensors), which are based on the following principle: the incoming infrared radiation is absorbed by a self-standing membrane whose resistivity depends on temperature. In order to improve their design and performances, we explored two solutions based on nanotechnologies. On the one hand, optical and electronic (transport and noise) properties of carbon nanotube films have been investigated in order to evaluate the potential of this new material as a thermistor. Clean room processes, characterization benches and theoretical models have been developed. The obtained figures of merit allow to concluding on the lack of potential for applications in uncooled infrared sensors. On the second hand, subwavelength resonators based on metal-insulator-metal cavities, have been investigated and exhibit perfect, tunable and omni-directional absorption. An analytical model allowing a fast study and design of these resonators has been developed. Photon sorting and wideband absorption have been demonstrated thanks to the combination of these resonators at the sub-wavelength scale. We have thus proposed (and patented) the use of such “antennas” as micro-bolometer’s absorber. Indeed their capacity to focalize the incoming radiation at a subwavelength scale paves the way to the conception of high performance micro-bolometers.